Фогель, Мотульски - Генетика человека - 2 (Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1990), страница 3

При исследовании болезни накопления гликогена !"1044] супруги Кори показали, что в восьми из десяти случаев патологического состояния, которое диагностировалось как болезнь Гирке !23220), структура гликогена печени представляла собой нормальный вариант, а в двух случаях была явно нарушена. Было также очевидно, что гликоген печени, накапливаясь в избытке, не может быть непосредственно превращен в сахар, поскольку у больных проявляется тенденция к гипогликемии.

Для расщепления гликогена с образованием глюкозы в печени необходимы многие ферменты. Два из них — амило-!,б-глюкозидаза н глюкозо- 6-фосфатаза — были выбраны для изучения как возможные дефектные элементы ферментной системы. В гомогенатах печени при различных значениях рН было измерено освобождение фосфата из глюкоза-6- фосфата. Результаты представлены на рис. 4.2. В нормальной печени обнаруживалась высокая активность с оптимумом прн рН 6-7.

Сильное нарушение функции печени при циррозе коррелировало с незначительным уменыпением активности. С другой стороны, в случае болезни Гнрке с летальным исходом, активность фермента обнаружить вообще не удалось; такой же результат был получен при обследовании второго подобного больного. У двух пациентов с менее выраженными симптомами наблюдалось значительное уменьшение активности. Было сцелано заключение, что в указанных случаях болезни Гирке с летальным исходом имел место цефект глюкоза-6-фосфатазы. Однако в большинстве более легких случаев активность этого фермента оказалась не ниже, чем при циррозе печени, и только у двух больных она была несколько меньшей (рис.

4.2). По мнению супругов Кори, аномальное накопление гликогена в мышечной ткани нельзя связывать с недостатком глюкозо-б-фосфатазы, поскольку в мышцах этот фермент отсутствует и в норме. В качестве возможного объяснения гликогеноза мышц онн предположили нарушение активности амило-1,6-глюкозидазы.

Это предсказание вскоре подтвердилось: Форбс !" 108!1 обнаружил такой цефект при одном из клинически выраженных случаев болезни накопления гликогена с вовлечением сердечной и скелетных мышц. Сейчас нам Рне 4 2 Освобождение фосфата нз глюяозо-б-фосфата в гомогенатах печени различных больных служит мерой активности глюкозо-б-фосфатазы.

!. Значительное освобождение фосфатя у больного с нормальной функцией печени. 2, Умеренное сннженне прн циррозе печени. 3, 4. Значительное снижение у двух пациентов с легкой формой болезни накопления глнкогена. 5. Полное охсутствне ферментатнвной активности у пацнента с тяжелой формой болезни Гнрке Г!044). известно большое число ферментативных дефектов при болезни накопления глнкогена [1133, !2441. Хотя по степени проявления различные формы этого заболевания несколько различаются, в клиническом отношении между ними много общего. За одним исключением, все они наследуются по аутосомнорецессивному типу. Если бы ферментативные дефекты не были раскрыты, патология накопления гликогена рассматривалась бы как одно заболевание с характерными внутрисемейными корреляциями по тяжести течения, деталям симптоматики и срокам летального исхода.

Таким образом, перед нами пример, когда генетическая гетерогенность, которую можно было лишь предполагать на основании изучения фенотипа (разд, 3.3.5), подтвердилась при анализе на биохимическом уровне: исследование ферментативной активности позволило идентифицировать специфические гены. В последующие годы темп исследований в области ферментативных дефектов нарастал, и для 588 идентифицированных рецессивных аутосомных генов, которые Мак-Кьюсик описывает в шестом издании своей книги «Менделевское наследование у человека» (1983) [1331, более чем в 170 случаях обнаружены специфические ферментативные нарушения. Наши успехи в этой области непосредственно связаны с развитием концепций и методов молекулярной генетики.

Некоторые зтаоы изучения йуерыентативнык нарушений у человека. Мы приводим лишь наиболее важные вехи этого продолжающегося процесса: 1934 Феллинг открыл фенилкетонурию [10803 !941 Бидл и Татум сформулировали гипотезу «один ген — один фермент» [9881 1948 Гибсон описал первый случай ферментатнвного нарушения при заболевании у человека (рецессивная метгемоглобннемня) [10991 1952 Супруги Кори обнаружили недостаточность глюкоза-6-фосфатазы при болезни Гирке [10441 1953 Джервнс продемонстрировал отсутствие феннлаланннгндроксилазы прн 4.

Действие генов 11 фенилкетонурии [1!443, Бикель сообщил о первой попытке смягчить ферментативное нарушение, применив диету с низким содержанием фенилаланина [!0041 1955 Смитис разработал методику электрофореза в крахмальном геле [1307, !3081 1956 Карсон и др. обнаружили дефект глюкозо - 6- фосфат — дегидроге пазы (Сгбм) в случае индуцированной гемолитической анемии [10301 1957 Калькар и др. описали ферментативную недостаточность при галактоземии, показав, что у человека и бактерий наблюдается идентичное нарушение ферментативной активности [11501 1961 Крут и Вайнберг продемонстрировали дефект фермента при галактоземии ш ч!гго в культуре фнбробластов [!177) 1967 Сигмиллер и др. обнаружили дефект гипоксантин-гуанин — фосфорибозилтрансферазы (НРКТ) при синдроме Леша — Найхана [!2951 1968 Кливер описал нарушение эксцизионной репарации при пигментной ксеродерме [1035] 1970 Нейфельд выявил ферментативные дефекты при мукополисахаридозах, что позволило идентифицировать пути расщепления мукополисахаридов [12401 1974 Браун и 1олдстейн доказали, что генетически детерминированная супер- продукция гидроксиметилглютарил- СоА-редуктазы при семейной гиперхолестеринемии обусловлена дефектом локализованного в мембране рецептора лнпопротеинов низкой плотности, который модулирует активность этого фермента (НМСг) [!0231 1977 Слай и др.

продемонстрировали, что маннозо-6-фосфат (как компонент лизосомальных ферментов) узнается рецепторами фибробластов. Генетический дефект процессинга препятствует связыванию лизосомных ферментов, в результате нарушается их выход в цитоплазму и последующая секреция в плазму (1-клеточная болезнь) 12 4. Действие генов 1980 При псевдогипопаратиреозе обнаружен дефект белка, обеспечивающего сопряжение рецептора и циклазы. 4.2.2. Гены в ферменты у человека: совремеввый уровень знавав Круг рассматриваемых вопросов. В каждом случае ферментативного дефекта необходим особый подход в методологии исследований и интерпретации результатов. Ограниченный обьем настоящего обзора заставляет нас обсуждать эти проблемы кратко и весьма избирательно.

Основное внимание будет уделено вопросам 1) важным для пониманиа общих принципов генетической детерминации и генетического контроля у человека; 2) важным для диагностики ферментативных дефектов и для понимания связи нарушения с этиологией заболевания. Читателям, желающим ознакомиться с группами заболеваний, не рассмотренными в этой главе, мы рекомендуем обратиться к специальным монографиям 1"203; 1821. 4.2.2.1.

Обнаружение и анализ ферментативньсх нарушений Различия в подходах к исследованию человека и нейроспары. Успехи в изучении ферментативных нарушений у бактерий и нейроспоры были достигнуты благодаря новому направлению исследований, Авторы при этом не пытались выявить биохимическую природу уже известных мутапий, они индуцировали новые мутации и отбирали среди них те, которые затрагивали известные биохимические реакции. Такой подход дает возможность обнаружить лишь те мутации, которые действительно приводят к появлению дефектов ферментативных систем независимо от того, какую долю в общем числе мутаций они составляют.

В генетических исследованиях человека невозможно ни индуцировать новые мутации„ни выявлять их с помощью системы отбора ауксотрофов, разработанной для нейроспоры. Поэтому изучение нарушений известных путей метаболизма совершенно бесперспективно, Приходится, отталкиваясь от изменений фенотипа, пытаться ис- следовать лежащие в их основе повреждения ферментных систем. Очевидный недостаток такого подхода заключается в том, что вероятность обнаружить больно~о с редким заболеванием сравнительно мала. Однако нет худа без добра.

Ни одно экспериментальное животное так часто не подвергается медицинскому обследованию, как человек, причем разнообразие методов диагностики огромнш от изучения клинических проявлений, до анализа фермент.ов, В результате удается наблюдать широкий спектр разнообразных фенотипов. Клинические симптомы, позволяющие распознаваяп повреждения ферментов. Как обнаружить ферментативные нарушения? Самый простой пример-отсутствие глюкоза-6-фосфатазы прн болезни Гирке.

Заболевание известно уже давно, клинические проявления позволяют предполагать нарушение специфического метаболического пути. Когда эти реакции будут достаточно изучены и разработаны методы определения активности ферментов, исследователи подойдут вплотную к задаче выявления больных, у которых какой-то один из ограниченного круга ферментов, катализирующих эти реакции, является дефектным. Однако на этом пути возможны затруднения технического характера. Часто мутации обусловливают снижение сродства к субстрату. Однако в большинстве экспериментов 1п чйго используются настолько высокие концентрации субстрата, что даже измененный мутацией фермент обладает активностью, близкой к норме [11663.

Таким образом, эксперименты 1п ч11го не всегда адекватно отражают активность фермента 1п Иго. Иногда клинические проявления могут направлять исследователей по ложному пути. Например, прн болезни Помпе (гликогеноз 11 типа) все ферменты основного пути расщепления гликогена совершенно нормальны. Несмотря на это, гликоген накапливается в большинстве тканей, в особенности в сердечной мышце. Выяснилось, что в этом случае изменена а-1,4-глюкозидаза, которая в норме, как и другие гидролазы, находится в лнзосомах (разд. 4.2.2.3) и участие которой в метаболизме гликогена не было до снх пор показано В других случаях симптомы настолько 4. Действие генов 13 неопределенны, что трудно предположить, какими именно нарушениями метаболизма они вызваны.